Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общая характеристика работы 6
1.1 Актуальность темы 6
1.2 Цель и задачи исследований 7
1.3 Научная новизна и практическая значимость исследований 8
1.4 Основные положения, выносимые на защиту 9
1.5 Апробация работы 9
1.6 Публикация результатов исследований 9
Глава 2. Краткий литературный обзор по теме диссертации 10
Глава 3. Условия и объекты исследований 18
Глава 4. Методика исследований 21
4.1 Гистохимические методы оценки всхожести семян вишни 23
4.2 Экологические методы оценки всхожести семян вишни 24
4.3 Вариационно-статистическая оценка результатов исследований 27
Глава 5, Результаты исследований 28
5.1 Гистохимическая и экологическая оценка формирования семян вишни 28
5.1.1 Динамика редуцирующих Сахаров 28
5.1.2 Динамика крахмала 33
5.1.3 Динамика жиров 37
5.1.4 Динамика белков 42
5.1.5 Динамика ДНК 46
5.1.6 Динамика РНК 51
5.1.7 Динамика дегидрогеназ 55
5.1.8 Динамика ауксинов 60
5.1.9 Динамика цитокининов 66
5.1.10 Динамика гиббереллинов. 71
5.1.11 Динамика абсцизовой кислоты (АБК) 76
5.1.12 Динамика этилена 81
5.2 Оценка всхожести семян вишни в связи с гистохимическими и экологическими исследованиями 86
5.3 Методика дозированных, научно-обоснованных поливов 90
5.4 Модель идеального сорта вишни в рамках гистохимической и экологической оценки всхожести ее семян 92
5.5 Экономическая эффективность 93
Выводы 94
Рекомендации для селекции и производства 95
Литература 96
Приложений 123
- Экологические методы оценки всхожести семян вишни
- Динамика редуцирующих Сахаров
- Динамика дегидрогеназ
- Оценка всхожести семян вишни в связи с гистохимическими и экологическими исследованиями
Введение к работе
Семенное размножение плодовых растений традиционно не пользуется популярностью среди садоводов. Это связано с тем, что большинство известных культурных сортов, особенно новых - вегетативное потомство одной особи, полученной в результате гибридизации между различными сортами или видами растений. С точки зрения генетики естественно, что полученные в гибридах первого-второго поколения положительные внешние признаки будут неустойчивы и при дальнейшем половом (семенном) размножении быстро исчезнут. Поэтому размножение плодовых растений предпочитают проводить вегетативно - черенками, отводками, окулировкой и т.д.
Однако при получении подвоев, а также новых сортов в селекции семенное размножение незаменимо. И.В. Мичурин писал: «...издавна укоренилось убеждение, что от посева семян культурных сортов плодовых деревьев могут получаться сеянцы, почти исключительно лишь дикого вида, и что такие сеянцы, если их не привить культурным сортом, дадут деревья, способные приносить лишь плоды-кислицы... смею уверить моих читателей, что тут кроется глубокое заблуждение, которое становится при более внимательном отношении к делу вполне очевидным.... Большая часть подвергнутых мною испытанию сортов плодовых деревьев и ягодных кустарников проявили способность давать сеянцы с свойствами хороших культурных сортов» (Мичурин, 1939. с. 146). В чем же причина того, что одни и те же растения могут давать семена с разными свойствами? Ответ находим далее в книге Мичурина: «...размеры процента выхода таких [культурных - Авт.] сеянцев из общего числа всходов и высота их хороших качеств почти всецело зависят от соблюдения тех или иных условий, требуемых каждым, отдельно взятым сортом ... в смысле помощи питанием должной формировки строения семени» (там же). Роль внешних факторов, действующих в период формирования семян плодовых растений, неоднократно подчеркивалась И,В. Мичуриным: «Семена, созревшие в теплое, обильное атмосферными осадками лето, дают
несравненно больший процент сеянцев с уклоном в своем строении в культурную сторону, и, наоборот, сухое и бурное пето дает сеянцы более дикого вида» (там же, с.551). «Всем этим еще раз подтверждается зависимость качеств гибридов от влияния внешних факторов. В этом отношении экологию Геккеля необходимо разработать в возможно более широком масштабе...» (там же, с. 559).
Итак, качество будущих семян зависит от условий их формирования. Каков же механизм влияния экологических факторов внешней среды иа растущий зародыш растения? Где заканчивается наследственная детерминированность и начинается поддающаяся внешнему влиянию неопределенность? Можно ли использовать искусственное регулирование тех или иных экологических факторов для улучшения свойств будущих семян? Во времена И.В. Мичурина не было однозначных ответов на эти вопросы. Сейчас, с развитием цито- и гистохимии, молекулярной биологии и генетики, наука вплотную приблизилась к их решению. Важнейшую роль в проявлении тех или иных генотипических задатков растения в ответ на действие внешней среды играют фитогормоны - ауксины, гиббереллины, цитокинины и др. Они стимулируют или, наоборот, подавляют процессы клеточного размножения, питания, обмена, то есть непосредственно влияют на жизнедеятельность всего растительного организма. Особенно ярко это влияние проявляется на самых ранних этапах онтогенеза растения, когда ^сформировавшийся организм наиболее пластичен.
Настоящая работа посвящена исследованию воздействия внешних экологических, факторов, прежде всего - воды, на гистохимию процессов семя-и плодообразования у растений рода Cerasus. Проведена оценка динамики и локализации основных питательных (белки, жиры и др.) и физиологически-активных веществ (фитогормоны, нуклеиновые кислоты) в процессе семяобразования, показаны статистически достоверные коррелляции в системе водообеспечение - фитогормоны - пластические вещества. На основе этих исследований разработан метод искуственного экологического воздействия на формирование эмбриона будущих семян вишни с целью
повышения их качества, в частности, всхожести - дозированные, научно-обоснованные поливы. Рассчитана экономическая эффективность применения указанной методики селекционерами и семеноводами. Работы в этой области были начаты в 1961 году И.П. Спицыным на базе ЦГЛ им. И.В. Мичурина, а затем ТГУ им. Г,Р. Державина и ВНИИГиСПР им. И.В. Мичурина. Их продолжением и является данная работа.
Исследования в данном направлении перспективны не только с точки зрения селекционеров. Согласимся с И.В. Мичуриным - размножение плодовых растений семенами должно стать массовым явлением среди садоводов. Преимущества сортов (по Мичурину «константных»), способных передавать генеративному потомству большинство присущих им хозяйственно-ценных свойств, очевидны. Достаточно вспомнить, что сады деревьев, выросших из семян, могут расти и плодоносить до 100 и более лет, тогда как средний срок жизни современного промышленного сада, полученного путем прививки культурного привоя на дикий подвой или клонирования, составляет 20-30 лет. Выведение таких сортов - задача современной и будущей селекции и генетики, успешность ее решения во многом зависит от наличия эффективных гистохимических методик оценки качества формирующегося семенного материала плодовых растений, а также способов его искусственного регулирования.
Экологические методы оценки всхожести семян вишни
Формирование женского гаметофита, оплодотворение, развитие зигот, эндосперма и зародыша у вишни происходят в одной семяпочке пестика цветка, защищенной хорошо развитыми тканями завязи, а в дальнейшем растущего околоплодника, что поставило перед нами ряд проблем, связанных с трудностями подбора нужного фиксатора и поиска истинной эмбриологической картины при микроскопировании срезов с удачно ориентированными клетками археспория, макроспор (мегаспор), зародышевых мешков, проэмбрио, эндосперма, зародыша и всего семени.
Методом предварительных проб было установлено, что изучать женский гаметофит. зиготогенез и эмбриогенез у вишни без предварительной фиксации невозможно. Кроме того, по мере роста завязи, требовалась предварительная мацерация стенок завязи и околоплодника с последующим просветлением в 30 % КОН, глицерином в 70 % спирте и раствором хлоралгидрата. Также были установлены применительно к вишне сроки фиксации и наиболее подходящие фиксаторы. Фиксация осуществлялась темпорально с ориентацией на ход генеративного онтогенеза и феногенеза, в связи с экологической ситуацией, складывающейся в ют или другой год эмбриологических исследований. Порядок фиксаций: коричневые почки - в два дня один раз, зелёные почки - каждый день, белые бутоны - каждый день и два раза в день. В начале цветения фиксация осуществлялась 3-4 раза в первые дни. Затем через каждые шесть часов в течении двух дней. Развивающиеся завязи фиксировали первые четверо суюк два раза в день (утром и вечером), в последующем ежедневно в течении 20 дней и после этого - через каждые три-четыре дня до съёмной зрелости плодов. Фиксировались завязи как от искусственного, так и естественного опыления.
Фиксаторы: первые двадцать-тридцать дней в качестве фиксатора использовали хромоацетоформол С.Г. Навашина, фиксатор Г.А. Левитского и частично Флемменга (Спицын И.П., 1995, с. 27-29), в дальнейшем по мере роста завязи использовали фиксатор Кариуа (9:3: J) и модификацию Лилли (3; 1). Из фиксированного материала, сохраняемого в 70 -процентном спирте, готовили постоянные (музейные) цитологические препараты, дающие хорошие картины формирования проэмбрио,эндосперма,эмбрионаисемениу вишен. Параллельно в исследованиях пользовались методикой приготовления и изучения временных препаратов с окраской срезов ацетокармином в глицерине, а также ацетогематоксилином (Спицын И.П., 1995, с.45).
Препараты фотографировали микрофото насадками и зарисовывали с помощью рисовальных аппаратов РА-4, РА-5, РА-6.
Гистохимические исследования тканей формирующихся семян вишни проводились адаптированными для данного объекта исследований методами: выявление абсцизовой кислоты в растениях осуществлялось по методу Льюиса и Лоббана (1972); выявление белков - с помощью биуретовой реакции; выявление гетероауксина (ауксинов) - с помощью реакции Сальковского (1962); гиббереллинов - действием раствора йода в йодистом калии; дегидрогеназ -солями тетразолия и с помощью метилового синего; ДНК - с помощью реактива Шиффа по Фёльгену (1962); ДНК и РНК - с помощью реакции метилового зелёного - пиронина по Конареву (1966); жиров - Суданом III; крахмала - йодной реакцией раствора Люголя; Сахаров - с помощью реакции Троммера (1953) с Фелипговой жидкостью; цитокининов - взаимодействием солей ртути в кислой среде с дифенилкарбазоном; этилена - реактивом Шиффа.
В научной литературе сведения об экологических исследованиях вишни практически отсутствуют, хотя в настоящее время они приобретают особое значение (Батыгин, 1986; Баранов, 1955; Бусурин, 1957; Вавилов, 1966; Гаврилова, Спицын, 200];Герасимова-Навашина, 1960;Гуринидзе, 1956;Гущев, 1959;Гущин, 1974, 1975; Двораковский, 1982; Елисеев, 1959; Жученко, 1980, 2001, 2004; Зелинский, 1960; Зубарева, 1960; Каньшина, 1975; Козлова, Гаронова, 1955; Козловский, 1969; Колесникова, Колесников, Муханин, 1986;Культиасов, 1982; Ланиза, 1957; Машкин, 1961; Михеев, 1985; Мичурин, 1938; Муханин, 1980; Назарова, Литвинова, 1981; Нестеров, 1961; Новиков, Сказкин, 1955; Пйльщикова, 1990;Ракиган, 1947; Сказкин, 1961;Стаушинова, 1972;Татаринцев, 1954; Тимирязев, 1937,1940,1948,1949; Уайт, 1949;Черепнин, 1965; Черных, 1973; Чмир, 2003; Шестаков, 1989 и др.).
Сокращение площадей под насаждениями вишни в нашей стране и области объясняется изменением климата и экологической ситуацией произрастания, неустойчивости многих сортов к таким изменениям, отрицательной реакцией генетической структуры растений на ряд абиотических, биотических и антропогенных факторов внешней среды. Так, экологическая ситуация на Тамбовщине по заключению Главгосэкспертизы является напряженной и предшествует по тяжести критической.
Для экологической оценки семян вишни были использованы методики регистрации метеоданных экологической ситуации в период вегетативного и генеративного онтогенеза растений (эмбриогенез, семя- и плодообразование вишни). Особое место в экологических исследованиях отведено воде, как важнейшему абиотическому фактору.
Для доказательства влияния водообеспечения растений на гистохимию эмбриона семени вишни проведено сопоставление водных режимов, складывающихся в различные годы вегетации, а также была применена методика искусственного регулирования водного режима в период вегетации растений: оптимальный (70% от НВ - и « ;ч Г/1 оле(ои влагоемкости почвы в метровом слое), дефицитный (около 30% от НВ) и избыточный (около 100% от НВ). Для этой цели были использованы деревянные каркасы, обтянутые полиэтиленовой пленкой, и вегетационные домики, в которые помещались плодоносящие растения. Водный режим фиксировался с помощью гигрографов и определения влажности почвы классическим методом высушивания почвенных проб. Сроки полива устанавливались по ЭСТЛ (электрическое сопротивление тканей листа по методике АН Молдавской ССР, 1967). Оценку водного режима проводили рефрактометрическим методом путем определения ККК (концентрация клеточного сока по Лобову в %, 1975). Водный дефицит растения, относительную тургесцентность и дефицит относительной тургесцентности определяли общепринятыми в фитофизиологии методами.
Всхожесть семян вишни определялась путем проращивания лишенных всех покровов зародышей на влажной фильтровальной бумаге в чашках Петри. В каждую чашку Петри помещалось 30 семян, число повторностей в опыте n = 50. Определение жизнеспособности семян осуществлялось по методике Нелюбова (1952) и гидросепарированием (Остапенко, 1987). Проводилась предварительная холодная стратификация покоящихся семян путем выдерживания их в условиях достаточной влажности и хорошей аэрации при температуре 0-5С в течении 180-200 дней, а затем скарификация - механическое нарушение целостности твердого эндокардия семян.
Отбирались зародыши, сходные по форме, окраске, размерам и массе, без механических макро- и м икр о повреждений, полностью соответствующие данному сорту. Всхожими считались семена, у которых зародыши давали корешки, равные величине семядолей.
Динамика редуцирующих Сахаров
Проведенные гистохимические и экологические исследования формирования семян выявили необходимость поддержания влажности почвы вишневых насаждений на уровне 70% от НВ, что невозможно без проведения программы мероприятий по орошению садов, поскольку Тамбовская область принадлежит к зоне недостаточного увлажнения. Орошение позволит повысить не только всхожесть семян, но и, согласно существующим представлениям, увеличить урожай, повысить качество плодов, удлинить срок производственного использования насаждений, улучшить зимо- и морозостойкость деревьев, их устойчивость к болезням и вредителям и т.д. (Степанова М.А. и др., 2001; Тарасов, Гончарова, 1985) В условиях нашей области расход воды на 1 га плодоносящих садов - около 700 м3. Наиболее приемлемым по экономическим соображениям способом орошения является поверхностый (самотечный) способ, при котором перед поливом в саду нарезают борозды на расстоянии 70-120 см одна от другой длиной 75-100 м, глубиной 15-25 см. По ним из распределительных каналов пропускают воду 0,5-2 л/с. После полива борозды заделывают. В плодоносящих садах бороздч нарезают иа расстоянии 1,5-2 м от штамбов деревьев (Веньяминов, 1985; Степанов, 1952,1955;Тарасов, Гончарова, 1985). Стоит отметить, что нарезка борозд для полива заменяет обычные мероприятия по обработке почвы (пахота, культивирование, лущение и боронование). Дополнительные затраты на поливы (два полива в мае, один в июне) по сравнению с неорошаемыми участками составляют около 3,5 тыс. руб. на 1 га (подробнее см. в разделе 5.5).
Согласно нашим исследованиям, наиболее важным с точки зрения формирования качественных семян вишни является период с конца апреля по конец июня. В то же время, в научной и учебной литературе по агротехнике возделывания плодовых насаждений встречаются самые разнообразные указания относительно сроков, количества и объемов поливов растений: один полив весной и один осенью по 600-800 м3/га; один полив в начале июня, другой в конце августа по 300-500м-7га; поливы в периоды роста побегов, закладки цветковых почек, роста плодов; оптимальная влажность почвы варьирует от 65 до 85% от НВ; имеются рекомендации о поддержании влажности почвы в период формирования генеративных органов растений на уровне 50% от НВ (Веньяминов, 1975; Кудрявец, 1991 и др.). Проведенная оценка формирования и всхожести семян дает основание утверждать, что в этот период необходимо при снижении НВ в метровом слое почвы до значений ниже 70% немедленно проводить поливы вишневых насаждений по предлагаемой схеме. Такие поливы позволят существенно увеличить количество и повысить всхожесть семян и, следовательно, сделать рентабельнее возделывание вишневых насаждений.
Целью многолетней работы селекционеров плодовых растений является создание сортов, по совокупности своих хозяйственно-ценных признаков наиболее полно отвечающим нашим представлениям о высокой продуктивности, урожайности, устойчивости к заболеваниям и неблагоприятным условиям среды и т.д. Сорт, гармонично сочетающий в себе такие признаки, можно назвать идеальным. Создание таких сортов -задача будущего, но планомерные экспериментальные и прикладные работы в этом направлении должны вестись постоянно.
Для селекции вишни еще И.В. Мичурин предлагал следующие приоритетные направления: карликовый рост, облегчающий сбор урожая и защиту его от птиц, большая величина плодов и малая - косточек, более раннее или, наоборот, позднее созревание ягод, высокая урожайность, способность к самооплодотворению, выносливость цветков и древесины по отношению к морозам, отсутствие наклонности к заболеваниям и др. (Мичурин, с. 541). Эти рекомендации стали руководством для его последователей - в новых сортах вишни воплотилось многое из того, о чем говорил великий ученый-селекционер. Однако работа еще далека от завершения, и современные представления об идеальном сорте вишни служат той же цели, что и мичуринские заветы - они являются ориентирами в практической работе селекционеров.
Перспективная модель идеального сорта вишни для Центральной зоны России, включающая целый ряд хозяйственно-ценных признаков, предложена И.П. Спицыным (Спицын, 2003 и др.). Модель базируется на анализе и проведении отбора 154 признаков, Выделение в генетической коллекции методами генетики и селекции растений-доноров генов по каждой из групп признаков позволит ускорить создание генетико-селекционных сертификатов качества сорта и воплощение модели в жизнь.
Бот некоторые из существенных с точки зрения нашей работы признаков из данной модели :ранний «критический» эмбриогенез, число признаков - 24, средняя наследуемость-по генотипу составляет 0,1-0,3, по среде 0,7-0,9; формирование собственно зародыша, число признаков - 14, средняя наследуемость по генотипу составляет 0,4-0,6, по среде 0,4-0,6; семя- и плодообразование, число признаков -14, средняя наследуемость по генотипу составляет 0,2-0,6, по среде 0,4-0,8; качество плодов, всхожесть семян, число признаков - 12, средняя наследуемость по генотипу составляет 0,1-0,6, по среде 0,4-0,9; экологическая адаптивность, число признаков - 14, средняя наследуемость по генотипу составляет 0,4-0,7, по среде 0,3-0,6.
Исследования в области гистохимии и экологии семяобразования вишни дают селекционерам инструмент, позволяющий понять процессы формирования указанных признаков на самых ранних стадиях онтогенеза растения и своевременно воздействовать на них с целью проявления в будущих растениях свойств, задаваемых моделью идеального сорта вишни. Приведенная в данной работе методика регулируемого водообеспечения, повышающая всхожесть семян, - лишь одна из возможных, которые еще предстоит разработать на основе предлагаемых гистохимических и люлогического методов и адаптировать не только для вишни, но и для других плодовых растений.
Гистохимическая и экологическая оценка влияния водообеспечения растений вишни в период эмбриогенеза на формирование качественных семян была проведена в условиях плодовых хозяйств Тамбовской области. С учетом денежных затрат на осуществление программы дозированных поливов, сделаны выводы об экономической эффективности применения результатов проведенных исследований. По общепринятым в сельском хозяйстве РФ технологиям выращивания сеянцев вишни из семян (ГОСТ 13204 - 91) всхожесть семян в неблагоприятные по водробеспечению годы в среднем составляет 20%. Предлагаемая методика дозированных поливов в период семя- и плодообразования растений позволяет увеличить этот показатель до 49-53%, т.е. в 2,4-2,6 раза по сравнению с обычным. Кроме того, выход семян с одного дерева с применением этой методики увеличивается в 3,6 раза, что особенно важно для селекционеров с точки зрения получения качественного ПОДБОЙНОГО материала. Из таблицы 143 видно, что уровень рентабельности производства семян вишни возрастает в 3,32 раза по сравнению с обычным.
Динамика дегидрогеназ
Целью многолетней работы селекционеров плодовых растений является создание сортов, по совокупности своих хозяйственно-ценных признаков наиболее полно отвечающим нашим представлениям о высокой продуктивности, урожайности, устойчивости к заболеваниям и неблагоприятным условиям среды и т.д. Сорт, гармонично сочетающий в себе такие признаки, можно назвать идеальным. Создание таких сортов -задача будущего, но планомерные экспериментальные и прикладные работы в этом направлении должны вестись постоянно.
Для селекции вишни еще И.В. Мичурин предлагал следующие приоритетные направления: карликовый рост, облегчающий сбор урожая и защиту его от птиц, большая величина плодов и малая - косточек, более раннее или, наоборот, позднее созревание ягод, высокая урожайность, способность к самооплодотворению, выносливость цветков и древесины по отношению к морозам, отсутствие наклонности к заболеваниям и др. (Мичурин, с. 541). Эти рекомендации стали руководством для его последователей - в новых сортах вишни воплотилось многое из того, о чем говорил великий ученый-селекционер. Однако работа еще далека от завершения, и современные представления об идеальном сорте вишни служат той же цели, что и мичуринские заветы - они являются ориентирами в практической работе селекционеров.
Перспективная модель идеального сорта вишни для Центральной зоны России, включающая целый ряд хозяйственно-ценных признаков, предложена И.П. Спицыным (Спицын, 2003 и др.). Модель базируется на анализе и проведении отбора 154 признаков, Выделение в генетической коллекции методами генетики и селекции растений-доноров генов по каждой из групп признаков позволит ускорить создание генетико-селекционных сертификатов качества сорта и воплощение модели в жизнь.
Бот некоторые из существенных с точки зрения нашей работы признаков из данной модели :ранний «критический» эмбриогенез, число признаков - 24, средняя наследуемость-по генотипу составляет 0,1-0,3, по среде 0,7-0,9; формирование собственно зародыша, число признаков - 14, средняя наследуемость по генотипу составляет 0,4-0,6, по среде 0,4-0,6; семя- и плодообразование, число признаков -14, средняя наследуемость по генотипу составляет 0,2-0,6, по среде 0,4-0,8; качество плодов, всхожесть семян, число признаков - 12, средняя наследуемость по генотипу составляет 0,1-0,6, по среде 0,4-0,9; экологическая адаптивность, число признаков - 14, средняя наследуемость по генотипу составляет 0,4-0,7, по среде 0,3-0,6.
Исследования в области гистохимии и экологии семяобразования вишни дают селекционерам инструмент, позволяющий понять процессы формирования указанных признаков на самых ранних стадиях онтогенеза растения и своевременно воздействовать на них с целью проявления в будущих растениях свойств, задаваемых моделью идеального сорта вишни. Приведенная в данной работе методика регулируемого водообеспечения, повышающая всхожесть семян, - лишь одна из возможных, которые еще предстоит разработать на основе предлагаемых гистохимических и люлогического методов и адаптировать не только для вишни, но и для других плодовых растений.
Гистохимическая и экологическая оценка влияния водообеспечения растений вишни в период эмбриогенеза на формирование качественных семян была проведена в условиях плодовых хозяйств Тамбовской области. С учетом денежных затрат на осуществление программы дозированных поливов, сделаны выводы об экономической эффективности применения результатов проведенных исследований. По общепринятым в сельском хозяйстве РФ технологиям выращивания сеянцев вишни из семян (ГОСТ 13204 - 91) всхожесть семян в неблагоприятные по водробеспечению годы в среднем составляет 20%. Предлагаемая методика дозированных поливов в период семя- и плодообразования растений позволяет увеличить этот показатель до 49-53%, т.е. в 2,4-2,6 раза по сравнению с обычным. Кроме того, выход семян с одного дерева с применением этой методики увеличивается в 3,6 раза, что особенно важно для селекционеров с точки зрения получения качественного ПОДБОЙНОГО материала. Из таблицы 143 видно, что уровень рентабельности производства семян вишни возрастает в 3,32 раза по сравнению с обычным. 1, Выявлена система методов оценки, дающая возможность изучить гистохимические аспекты семяобразования вишни в связи с водообеспечением. 2. Установлена специфика обмена веществ в условиях оптимального водообеспечения на этапах сердцевидного проэмбрио и дифференцированного зародыша вишни. На протяжении этих фаз в эмбриональных тканях повышается содержание крахмала от 2,1 до 3,2 балла, жиров - от 1,9 до 4,2 балла, АБК от 0,5 до 4,1 балла и этилена от 1,3 до 4,6 балла. В то же время содержание редуцирующих Сахаров на протяжении этих этапов снижается от 4,5 до 2,3 балла, белков - от 4 до 2 баллов, дегидрогеназ от 4,3 до 3,7 балла, цитокининов - от 4,6 до 3 баллов, гиббереллинов - от 4,5 до 2,9 балла. Содержание ДНК, РНК и ауксинов остается постоянно высоким. Такая гистохимическая картина свойственна для всех изученных сортов вишни. 3. Выявлена защитная реакция вишни на водный стресс, выражающаяся в достоверном изменении концентрации Сахаров, жиров, белков, РНК, цитокининов, гиббереллинов, АБК и этилена в эмбриональных тканях. 4. Определены фенотипические корреляции между всхожестью семян вишни и содержанием в эмбриональных тканях белков (i-0,89), РНК (г-0,93), цитокининов (г=0,88), гиббереллинов (г=0,90), АБК (г -0,77) и этилена (г= 0,86). 5. Установлено, что низкая всхожесть семян вишни связана с уменьшением концентрации белков, РНК, цитокининов, гиббереллинов, а также с повышением концентрации АБК и этилена в тканях эмбриона вследствие водного стресса материнских растений. 6. Поддержание влажности почвы на уровне 70% от НВ в период семяобразования позволит повысить всхожесть семян вишни в засушливые годы с 17-22% до 49-53%, а также увеличить их выход в 1,4-4,5 раза, что обеспечит рост рентабельности производства семян вишни в 3,32 раза.
Оценка всхожести семян вишни в связи с гистохимическими и экологическими исследованиями
Исследования показали (рис. Ь ), что в начале развития семени (4-х -16-клеточный проэмбрио, шарообразный) в его тканях отмечаются только следы ауксина, а вот в сердцевидном проэмбрио и дифференцированном зародыше концентрация его достаточно высока (4,4 и 4,3 балла). По мере развития семян и плодов содержание ауксинов в тканях эмбриона опускается до минимума. За 20-30 дней до созревания вишни концентрация ауксина вновь возрастает и затем окончательно падает.
При сопоставлении кривых подъема и падения содержания ауксина в тканях зародыша со сменой фаз эмбриогенеза, с ростом и развитием семяпочки и завязи, выявлена определенная закономерность: первоначальное увеличение концентрации ауксина привлекает добавочные пластические вещества (белки, жиры, углеводы), необходимые для роста завязи и самого зародыша, что продолжается в течении 20-30 дней в зависимости от экологической ситуации. Затем происходит приостановка в росте зародыша и околоплодника, и в это же время концентрация ауксина снижается. Результаты наших исследований совпадают с точкой зрения ряда авторов (Шевелуха, 1992,1998;Якушкина, 1947,1980,2001; Чайлахян, 1937,1958,1960; Хрянин,2001, Гудковский, 1990, 1998, Гудковский и др., 2000,2001 и др.) на роль ауксинов в распределении питательных веществ в растениях при внесении их извне в виде опрыскивания стеблей и растущих органов. Описано разрастание завязи у томата при обработке раствором (0,0001%) ауксинов цветков растений.
Увеличение содержания ауксина перед созреванием плодов вишни можно объяснить возобновлением роста околоплодника и завершением дифференциации зародыша и семени. Это вторая волна созревания плодов.
В ходе исследований выявлено передвижение ауксинов из завязи в плодоножку, они участвуют в формировании проводящей системы завязи и плода.
Выявлена независимость содержания ауксинов в тканях сердцевидного проэмбрио и дифференцированного зародыша от водообеспечеиия. Это явление объясняется способностью ауксинов регулировать приток воды к жизненно важным органам растительного организма, каким является эмбрион на различных фазах эмбриогенеза - от шаровидного, сердцевидного проэмбрио к дифференцированному зародышу.
Результаты гистохимических исследований на ауксины в тканях развивающегося зародыша, семени и плода обработаны методами вариационно-статистической биометрии, что позволило выявить некоторые закономерности роста и развития репродуктивных органов вишни, недоступные при анализе гистохимии и экологии опытных растений с помощью визуальных наблюдений. Так, анализ вариационных рядов и вариационных кривых S-образной формы доказывает наличие первой и второй волны плодообразования, роста и развития зародыша и семени у вишни. Впервые на плодовых растениях рода Cerasus были проверены результаты изучения скорости роста у однолетних растений, осуществленные немецким ученым Ю. Саксом (1872), согласно которому начальные темпы роста - низкие, затем - высокие (большой рост), и снова замедление роста (низкий рост).
У вишни отмечены высокие положительные корреляции между содержанием белка и ауксинов в эмбриональных тканях (рис. 4 ,8 ), что хорошо согласуется с современными научными представлениями о возникновении белков о-рецепторных комплексов (гормональноцеиторный комплекс). На конкретных объектах доказана способность ауксинов образовывать соединения с белками.
Ткани дифференцированного зародыша будущих семян вишни содержат меньше цитокининов, чем ткани сердцевидного проэмбрио в начале эмбриогенеза (рис. 9). Идет сокращение содержания цитокининов по мере роста и развития эмбриона, а вместе с ним семени и плода. Водный дефицит и переувлажнение (водный стресс) снижают содержание цитокининов в тканях сердцевидного проэмбрио и дифференцированного эмбриона .
Для выяснения причин низкой всхожести семян вишни, нами определены фенотипические корреляции между всхожестью семян вишни и степенью водообеспечения растений в период вегетации, всхожестью семян и содержанием цитокининов в тканях развивающегося эмбриона семени (г=0.88), концентрацией цитокининов и белков (г-0,79). Появилась возможность высказать предположение о том, что достаточное количество воды в период эмбриогенеза у вишни стимулирует биосинтез антистрессовых белков - аналогов БТШ (белки теплового шока), открытых у растений в 1997 году; а также и то, что вода определяет деструкцию цитокининов по пути образования О-глюкозидсв цитокинина - резервного запаса фитогормона в семени. Последний, переходя в активную форму, повышает всхожесть и энергию прорастания семян вишни.
